JPH0482178B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 この発明は、広義には半導体の加工に関し、よ
り具体的には半導体加工の応用分野でのリアクテ
イブ・イオン・エツチング用フオトレジスト技術
の改良に関する。

Ｂ 従来技術 単層レジスト系を用いる現在のリアクテイブ・
イオン・エツチング技術には、２つの欠点があ
る。まず、現像後にフオトレジスト層を再加工で
きないこと、第二に細部構造からの反射のために
エツチングされた金属の線幅にばらつきが出る問
題である。第１２図ないし第１７図は、細部構造
からの反射によつて線幅にばらつきが出るとい
う、従来技術の問題点を示したものである。第１
２図ないし第１７図では、図の相対的な向きを示
すため、ある規約を採用してある。第１２図は、
３本の直角座標ｘ、ｙ、ｚを含んでいる。第１２
図はｘ−ｙ平面から見た断面図であり、第１３図
ないし第１６図はｙ−ｚ平面から見た断面図、第
１７図はｘ−ｙ平面から見た平面図である。第１
２図は、基板２０の上に二酸化ケイ素層２２、ア
ルミニウム銅合金層２４、多結晶シリコン（ポリ
シリコン）層２６が載り、その頂面にポジテイ
ブ・フオトレジスト層２８が付着された出発複合
体を示している。二酸化ケイ素層２２は、領域Ａ
よりも薄い領域Ｃの備え、したがつて領域Ａを領
域Ｃと接合するために傾斜段領域Ｂが移行域とな
らなければならない。傾斜段領域Ｂのような領域
で、フオトレジスト層２８を露光するために使う
光に望ましくない回析パターンが生じ、そのため
に、得られるフオトレジストの露光部分の幅に、
したがつてリアクテイブ・イオン・エツチングさ
れる金属線の幅に望ましくないばらつきが生じ
る。このことは、第１３図および第１４図を見る
とよくわかる。第１３図は、第１２図の切断線１
Ａ−１A′に沿つて切断した領域Ａの切断図であ
る。第１３図から、パターンづけした光３０を使
つてフオトレジスタ層２８を露光させると、部分
２８′は露光され、したがつて後で現像されて除
去され、部分２８″は露光されず、現像後もその
まま残ることがわかる。第１３図を第１４図と比
較すると、第１４図は第１２図の複合体の傾斜段
領域Ｂの断面図を示したものである。領域Ｂ中
で、露光用の光３０がフオトレジスト層２８を通
つてポリシリコン層２６とアルミニウム銅合金層
２４で反射され、領域Ｂ内のポリシリコン層２６
の傾斜面のために、回析パターン３２が生じて、
光をフオトレジスト層２８の中央部分２８″へ導
き、それによつて、領域２８″のエツジに沿つて
望ましくない露光が起こる。第１５図は、水酸化
カリウムなどの現像剤を使つてフオトレジスト層
２８を現像することによる、従来技術のフオトレ
ジスト層２８の加工の次のステツプを示してい
る。フオトレジスト層２８は、たとえばノヴオラ
ツク型のフオトレジストでよい。領域Ａ内のフオ
トレジスト領域２８″は、現像後、領域Ｂ内のフ
オトレジスト領域２８″よりも広くなることが示
されている。これは、前述のように、領域Ｂ内で
起こる光の回析パターンによるものであり、この
回析パターンのために現像液がフオトレジスト２
８″の追加部分を溶かして、その幅の狭くさせる。
第１６図は、ポリシリコン層２６とアルミニウム
銅合金層２４にリアクテイブ・イオン・エツチン
グを施すとき、フオトレジスト・パターンをマス
クとして使つて、リアクテイブ・イオン・エツチ
ングを行なうという、この従来技術の加工技術の
次のステツプを示す。第１６図からわかるよう
に、得られるポリシリコン層２６とアルミニウム
銅合金層２４の線幅は、領域Ｂ内の方が領域Ａ内
よりも狭くなる。第１７図の平面図を見ると、こ
のことがもつともわかりやすい。第１７図では、
領域Ａ内の方が領域Ｂ内よりもポリシリコン層の
線幅が広くなつている。これは、この従来技術の
望ましくない特徴であり、領域Ｂ内で起こるよう
な細部構造から回析された光３２が制御できない
結果である。この従来技術は、フオトレジスト層
２８に吸光性染料を加えて、ポリシリコン層２６
とアルミニウム銅合金層２４からフオトレジスト
層２８に反射される光の量を減らすことにより、
この問点の是正を試みている。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 この従来技術の方法に伴う問題点は、上方から
入つて来る光３０がフオトレジスト層２８の底部
まで充分に貫通するには、光の強度がよる大きく
なければならないので、フオトレジストの光活性
が減退することである。フオトレジスト層２８中
に吸光性染料が存在すると、フオトレジスト頂部
と底部の間で露光量に大きな勾配が生じ、そのた
めフオトレジストの現像後にエツチングされて得
られる金属構造の垂直輪郭に関して問題が生じ
る。

従来技術に伴うもう１つの問題は、フオトレジ
スト構造を一度露光し現像した後、その構造を再
加工できないことである。このことは第１８図な
いし第２０図の従来技術の図を見るとわかる。第
１８図では、前述のようにフオトレジスト層２８
がポリシリコン層２６の頂部に付着されており、
このフオトレジスト層２８が前述のようにパター
ンづけされた光３０で露光される。その結果、フ
オトレジストが領域２８′内で露光され、続いて
現像ステツプで除去される。中央領域２８″は露
光されず、現像ステツプの後で除去されない。第
１９図は、水酸化カリウムやメタケイ酸ナトリウ
ムなど、フオトレジスト層のうち光３０で露光さ
れた部分２８′と反応してそれを溶かすが、露光
されなかつた部分２８″は溶かさない、通常の現
像剤を用いて行なう現像ステツプを示している。
現像ステツプに伴う問題点は、水酸化カリウムな
どの現像液が、ポリシリコン層２６の露出面をも
かなりエツチすることである。第１９図および第
２０図に示すエツチされた表面３４は、現像ステ
ツプの後のポリシリコン層２６の表面の永久的特
徴として残る。光学顕微鏡を使つて残つたフオト
レジスト構造２８″を検査すれば、集積回路チツ
プ上の他の構造に対してフオトレジスト構造２
８″が位置合わせされているかどうか判定できる
ような形で、現像ステツプを実施する必要があ
る。エツチされた金属構造が誤つて位置合わせさ
れていると、集積回路内の至る所に短絡や開路そ
の他の障害が生じることになるので、この誤位置
合わせ測定は非常に重要である。誤位置合わせが
あると判定された場合、フオトレジスト構造２
８′をポリシリコン層２６の表面から除去し、新
しいフオトレジスト層を付着させてパターンつき
の光で露光させるという、再加工サイクルを行な
わなければならない。第２０図を見ると、ポリシ
リコン層２６の誤つてエツチされた部分３４がそ
のまま限り、後の位置合わせ測定ステツプで検査
しようとするとき、まぎらわしい反射率をもつた
めに再加工し難い表面を呈するという問題点がわ
かる。通常、フオトレジストの現象を終えてから
フオトレジスト構造が誤つて位置合わせされてい
ると判定された集積回路ウエハは、現像剤によつ
てポリシリコン層２６に潜像がエツチされるの
で、廃棄しなければならない。

したがつて、リアクテイブ・イオン・エツチン
グによつて半導体デバイス中に金属パターンを設
けるための改良されたフオトレジスト工程を提供
することが、本発明の１目的である。

フオトレジスト露光ステツプ光の後方反射およ
び回析を最小にする、改良されたフオトレジスト
工程を提供することが、本発明の別の目的であ
る。

再加工処理ができる、改良されたフオトレジス
ト工程を提供することが、本発明のもう１つの目
的である。

Ｄ 問題点を解決するための手段 本発明の上記およびその他の目的、特徴および
利点は、本願で開示されるフオトレジスト工程に
よつて実現される。この方法は、剥離剤の層を塗
布することに基づくものである。剥離剤はポリス
ルホン組成物と染料の溶液であり、ポリシリコン
層の表面に塗布する。その後、この剥離層の上面
にフオトレジスト層を付着させることができる。
次に、フオトレジストを露光させて現像し、その
位置合わせを測定する。得られたフオトレジスト
構造の位置合わせがが不正確なことが判明した場
合、剥離剤を適当な溶媒で溶かすと、再加工がた
やすく実施できる。このため、ポリシリコン層中
に潜像を残さずに、既存のフオトレジスト構造を
除去できる。次に、新しい剥離剤と染料の溶液を
塗布し、続いて新しいフオトレジスト層を付着さ
せて、再加工サイクルを続行することができる。
次に、新しいフオトレジスト層を露光用のパター
ンで露光し、現像してもう一度その位置合わせを
測定することができる。元のフオトレジスト層ま
たは再加工したフオトレジスト層が正しく位置合
わせされていることが判明した場合、通常の加工
ステツプを続行できる。通常の加工ステツプと
は、フオトレジストをプラズマで硬化させ、続い
て剥離層にリアクテイブ・イオン・エツチングを
施し、次にフオトレジストを焼成することであ
る。その後、剥離層とフオトレジストの複合体で
マスクされているポリシリコン層とアルミニウム
銅合金層にリアクテイブ・イオン・エツチングを
施すことができる。得られたエツチされたポリシ
リコンとアルミニウム銅構造は、次に残つている
剥離層を溶かし、残つているフオトレジスト構造
を除去することにより加工できるようになる。こ
の方法は、また露光ステツプで、後方反射され回
析された光に対する制御の改善をもたらす。露光
用の光の最大エネルギーの波長に関して吸収係数
がほぼ最大になるように選択された染料が存在す
るため、フオトレジストを通過して剥離層に入る
光のどの部分も、反射または回析されてフオトレ
ジスト層に戻る機会がないうちに吸収できる。こ
のため、剥離層の下になり、そうでなければ望ま
しくない光の反射や回析を起こすかもしれない構
造の上を通るときでも、フオトレジストを均一に
露光することが可能である。さらに、フオトレジ
スト層中にはかかる染料が存在しないため、露光
用の光がフオトレジスト層内でより均一に透過
し、そのためフオトレジストの露光状態が均一に
なる。

Ｅ 実施例 本発明のエツチング方法の工程を示す第１図と
相次ぐ工程における構造を示す第２図ないし第１
１図を参照しながら、本発明のエツチング方法に
ついて詳しく説明する。第２図に示した基板２０
の頂面のポリシリコン層２６、アルミニウム銅合
金層２４、および二酸化ケイ素層２２の複合体か
らはじまつて加工の流れのステツプ５０で、ポリ
シリコン層２６の表面に剥離層４０を塗布すると
いう第３図に進む。本明細書では、剥離剤をポリ
スルホンと呼ぶ。その特定の組成は次の通りであ
る。中間溶液は、Ｎ−メチルピロリドンなどの溶
媒45.75重量％と、ジエチレングリコールジメチ
ルエーテルなどの希釈剤45.75重量％の混合物か
らなる。この溶液に、5003P−ポリエーテルスル
ホン粉末などの剥離剤8.5重量％を添加する。こ
の粉末は、たとえばICIケミカル（ICI Chemical
Company）から入手できる。この粉末を液体成
分に溶かす。溶媒成分を35ないし55重量％、希釈
剤成分を35ないし55重量％、粉末成分を４ないし
15重量％とすることができる。次にこの中間溶液
98重量％に、フオトレジストの露光に使う光の最
大エネルギーの波長に関してほぼ最大の吸収係数
を有する（吸収ピークを示す）適当な吸光性染料
２重量％を加える。たとえば、最大放射エネルギ
ーの波長が436nｍのGCA4800DSWステツプ・プ
ロジエクタなどの投射手段を使用できる。この波
長に適した吸光性染料は、たとえばチバ・ガイギ
ー（Chiba−Gaigy Corporation）か市販されて
いるオロゾル黄色4GNモノアゾ染料である。染
料成分は、中間溶液と混合したとき0.5ないし５
重量％とすることができる。得られた溶液を攪拌
し、数時間静置すると、第１１図のポリスルホン
剥離層４０として塗布できる状態になる。ポリス
ルホン剥離層４０の塗布の厚さは、約0.3ミクロ
ンが適当である。代表的な塗布状態は、たとえば
スピン・オン塗布ステツプである。

次に、工程は第４図に示すようにポリスルホン
剥離層４０にフオトレジスト層２８を付着させる
というステツプ52に進む。適切なポジテイブ・フ
オトレジスト材料は、通常の当技術で周知のノヴ
オラツク樹脂型のものである。

次のステツプ54では、第５図に示すようにフオ
トレジスト層２８を光パターンで露光させる。得
られた露光済みフオトレジスト層を、0.2規定水
酸化カリウムなど適当な現像液で現像する。この
現像液は、フオトレジスト層のうち露光ステツプ
で光３０で露光された部分２８′を溶かすもので
ある。第６図でポリスルホン層４０の頂面に、得
られたフオトスルホン構造２８′が示されている。

この時点で、第１図のステツプ58に入つて、半
導体チツプ上の他の構造に対するフオトレジスト
構造２８″の位置合わせを測定することができる。
第１図のステツプ60で、位置合わせが正しくない
ことが判明した場合、ステツプ62の再加工サイク
ルが始まることが示されている。

再加工サイクルでは、適切な溶媒としてＮ−メ
チルピロリドンを使つて、剥離層４０を溶解させ
る。そうすると、フオトレジスト構造２８″が遊
離して浮かび簡単に除去できるようになる。次に
工程は第１図のステツプ50に戻つて、第８図に示
すように、新しいポリスルホン剥離剤の層４０Ａ
を塗布し、続いてステツプ52で新しいフオトレジ
スト層２８Ａを付着させる。次に第１図の工程の
ステツプ54と56に進んで、現像済みのフオトレジ
スト構造が再度現われ、ステツプ58で位置合わせ
が適当がどうか測定することができる。

ステツプ60で、フオトレジスト構造２８″の位
置合わせが良好だと判明した場合、ステツプ64で
通常の加工サイクルに進む。ステツプ64はフオト
レジスト構造２８″のプラズマ硬化ステツプであ
り、プラズマ・エツチング室内でフルオロカーボ
ンなどの適切なプラズマ物質使つてフオトレジス
ト構造２８″を硬化させ、次のリアクテイブ・イ
オン・エツチング・ステツプに備える。次に、通
常の工程ステツプ66に進み、剥離層４０のリアク
テイブ・イオン・エツチングを実施する。適切な
プラズマ・エツチング組成は酸素プラズマであ
り、迅速なリアクテイブ・イオン・エツチング・
ステツプにより、フオトレジスト構造２８″によ
つて覆われているポリスルホン剥離層４０は除去
され、ポリシリコン層２６が露出する（第９図）。
次に、硬化焼成ステツプ68を実施して、フオトレ
ジスト層をさらに硬化させる。この硬化焼成ステ
ツプは135℃で実施でき、硬質フオトレジスト・
マスキング構造２８″が得られる。このマスキン
グ構造は、下側にあるポリシリコン層とアルミニ
ウム銅合金層のうち、次のリアクテイブ・イオ
ン・エツチング・ステツプでエツチングしたくな
い部分をマスクするのに使う。次にステツプ70に
進んで、当技術で周知の塩素化気体混合物な銅適
当なリアクテイブ・イオン・エツチング組成を用
いて、ポリシリコン層２６をアルミニウム銅合金
層２４にリアクテイブ・イオン・エツチングを施
す。この時点での構造を第１０図に示す。第１図
で、通常工程の最後の主要ステツプ72は、Ｎ−メ
チルピロリドンで剥離層４０を溶かして、残つて
いるフオトレジスト構造２８″を遊離して浮かせ、
除去できるようにするものである。その後、ウエ
ハを清浄化して、フオーミング・ガスによるアニ
ール・ステツプを実施することができ、第１１図
に示したポリシリコン層２６とアルミニウム銅合
金層２４の最終的なエツチされた構造が得られ
る。このアニール・ステツプの間に、ポリシリコ
ンはアルミニウム銅で合金化される。

この方法は、フオトレジストの露光中に後方反
射および回析される光線に対する制御が強化され
るため、均一な線幅が得られるという利点を有す
る。この方法は、さらに、フオトレジストの現像
ステツプで下にあるポリシリコン層が現像液によ
つて誤つてエツチされないように保護する、ポリ
スルホン剥離層が存在するため、フオトレジスト
構造の再加工を何度も行なえるという利点を有す
る。

本発明の別の実施例では、ポリシリコン層また
は金属層または二酸化ケイ素層が多数の垂直突起
をもつ場合、ポリスルホン剥離層４０を塗布する
前に、ポリシリコン層の頂面に、改良イメージ反
転フオトレジストなどの平面化材料層の含めるの
が適当である。さらに、平面化層またはポリスル
ホン剥離層を塗布する前に、ポリシリコン層に接
着促進剤を塗布するのが有利な場合がしばしばあ
る。ポリスルホン層または平面化層を塗布する前
にポリシリコン層２６の表面に塗布するのに適し
た接着促進剤は、たとえばメキサメチレンジシラ
ンなどである。

Ｆ 発明の効果 フオトレジストの均一な露光を行うことがで
き、且つ再加工を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本方法を実施する際の主要ステツプ
を示す、本発明の方法の工程図である。第２図
は、本願で開示する発明の加工ステツプの始めを
示した概略断面図であり、上面に二酸化ケイ素層
２２が付着され、続いてアルミニウム銅合金層２
４が付着され、続いてポリシリコン層２６が付着
された基板２０を示す。第３図は、ポリシリコン
層２６の頂面にポリスルホン層４０を塗布すると
いう、本発明の方法の最初の主要ステツプの概略
断面図である。第４図は、ポリスルホン層４０の
頂面にフオトレジスト層２８を塗布するという、
本発明の方法の次の主要ステツプの概略断面図で
ある。第５図は、フオトレジスト層２８をパター
ンつきの光３０で露光し、光３０の透過された部
分が下にあるポリスルホン層４０で吸収されると
いう、本発明の方法の次の主要ステツプの概略断
面図である。第６図は、ポリスルホン層４０の頂
面にフオトレジスト構造２８″がそのまま残る形
で、フオトレジスト層２８を現像するという次の
主要ステツプの概略断面図である。第７図は、ポ
リスルホン層４０を溶かし、それによつてフオト
レジスト構造２８″を除去することで再加工サイ
クルを開始するという、位置合わせ測定を実施し
て、フオトレジスト構造が正しく位置合わせされ
ていないと判定した後の段階を示す概略断面図で
ある。第８図は、新しいポリスルホン剥離剤と染
料の溶液の層４０Ａを塗布し、続いて新しいフオ
トレジスト層２８Ａを付着されるという、再加工
サイクルの続きを示す概略断面図である。次に、
フオトレジストを元パターンで露光し、フオトレ
ジストを現像し、もう一度位置合わせ測定を行な
うことにより、再加工サイクルが続行される。第
９図は、第１４図に示したステツプの後、フオト
レジストをプラズマで硬化させるステツプに続
く、ポリスルホン剥離層４０にリアクテイブ・イ
オン・エツチングを施すステツプという、通常の
加工ステツプの続きを示す概略断面図である。通
常はこのステツプの後に、フオトレジスト層を硬
化させる硬化焼成ステツプが続く。第１０図は、
ポリスルホン層４０とフオトレジスト層２８″で
マスクされたポリシリコン層２６およびアルミニ
ウム銅合金層２４リアクテイブ・イオン・エツチ
ングを施すという、次の主要ステツプ概略断面図
である。第１１図は、ポリスルホン層４０を適当
な溶媒に溶かして、残つたマスク用フオトレジス
ト構造２８″が除去できるようにするという、こ
の方法の最後の主要ステツプの概略説明図であ
る。第１２図は、厚い領域Ａと薄い領域Ｃと傾斜
した領域Ｂを有し、その上面にアルミニウム銅合
金層２４、ポリスルホン層２６、フオトレジスト
層２８が付着された、二酸化ケイ素層２２を示
す、従来技術の半導体構造のｘ−ｚ平面から見た
断面図である。第１３図は、領域Ａ内のフオトレ
ジスト層２８の露光を示す、第１図の切断線１Ａ
−１A′に沿つてｙ−ｚ平面から見た断面図であ
る。第１４図は、フオトレジスト層と領域Ｂの露
光を示す、第１図の切断線１Ｂ−１B′に沿つて
ｙ−ｚ平面から見た断面図である。第１５図は、
領域Ａ内の現像後のフオトレジスト２８″の相対
幅を領域Ｂ内のフオトレジストの相対幅と比較で
きるように互いに位置合わせした領域Ａと領域Ｂ
を示す、ｙ−ｚ平面から見た断面図である。第１
６図は、領域Ａ内と領域Ｂ内のフオトレジスト層
でマスクされたポリシリコン層とアルミニウム銅
合金層にリアクテイブ・イオン・エツチングを施
すという次のステツプを示す、ｙ−ｚ平面から見
た断面図であり、領域Ａ内と領域Ｂ内で得られる
金属線の相対幅が比較できる。第１７図は、金属
線の幅が領域Ｂ内の方が領域Ａ内よりも細いこと
を示す、得られる金属線の幅のｘ−ｙ平面から見
た平面図である。第１８図は、パターンつき光源
でフオトレジスト層２８を露光する、従来技術の
技法を示す概略断面図である。第１９図は、残つ
たフオトレジスト構造２８がそのまま残るように
フオトレジスト層を現像するという次のステツプ
を示す概略断面図であり、ポリシリコン層２６を
誤つてエツチされた表面３４が描かれている。第
２０図は、フオトレジスト構造２８″が誤つて位
置合わせされており、かつポリシリコン層２６の
エツチされた表面である望ましくない潜像３４が
あると判定された後、フオトレジスト構造２８″
が除去されている、従来技術の再加工サイクルの
次のステツプを示す概略断面図である。 ２０……基板、２２……二酸化ケイ素層、２４
……アルミニウム銅合金層、２６……多結晶シリ
コン層、２８……フオトレジスト層、３０……
光、４０……ポリスルホン剥離層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ エツチング対象の表面に剥離剤および染料を
   含む溶液を付着させて剥離層を形成する第１の工
   程と、 上記剥離層の上にフオトレジスト層を形成する
   第２の工程と、 上記フオトレジスト層を光のパターンによつて
   露光する第３の工程と、 上記フオトレジスタ層を現像する第４の工程
   と、 上記現像後の残存フオトレジスト層の位置合わ
   せの良否を調べ、位置合わせが良好ならば、下記
   第７の工程へ進み、位置合わせが不良ならば、下
   記第６の工程へ進む第５の工程と、 上記剥離層を溶解させて上記フオトレジスト層
   と共に除去してから、上記第１ないし第５の工程
   をやり直す第６の工程と、 上記残留フオトレジスト層をマスクとして用い
   て、上記剥離層にリアクテイブ・イオン・エツチ
   ングを施す第７の工程と、 上記残留フオトレジスト層およびその下の残存
   剥離層をマスクとして用いて、上記エツチング対
   象の表面にリアクテイブ・イオン・エツチングを
   施す第８の工程と、 上記残存剥離層を溶解させて上記残存フオトレ
   ジスト層と共に除去する第９の工程と を含むリアクテイブ・イオン・エツチング方法。 ２ ４〜15重量％のポリエーテルスルホン粉末
   と、35〜55重量％のＮ−メチルピロリドンと、35
   〜55重量％の希釈剤とより成る中間溶液中に、フ
   オトレジスト露光用の最大放射エネルギーの波長
   に関してほぼ最大の吸収係数を有する染料を、全
   溶液中の割合が0.5〜５重量％となるように添加
   して生成され、リアクテイブ・イオン・エツチン
   グ方法において剥離層の形成に用いられる剥離層
   形成用溶液。